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3万美元雷蒙而森-瑞瑟拉奖学金花落太赫兹掌上型设计发明

离线im286

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0楼发表于: 2009-09-17 19:39:45

“太赫兹波”作为下一代感应与成像的突破，早已为众人所推崇。但是由于其设备繁杂笨重，在实现其潜在应用能力方面，困难重重。恩特贝安?斯考金（Enter Brian Schulkin）是第一位获得3万美元雷蒙而森-瑞瑟拉（Lemelson-Rensselar）奖学金的学生。他所研发的超轻型掌上太赫兹光谱仪，将大力推进太赫兹科技从实验室走向市场。

斯考金，一位获得3万美元蒙而森-瑞瑟拉助学奖金的物理学博士生。他发明了一种超轻型掌上太赫兹光谱仪，叫做“微型Z”。
斯考金所发明的“微型Z”比先前所设计的其他太赫兹设备要轻巧许多。经实验证明，该发明在探测航天飞船泡沫隔热层、乳腺癌细胞组织成像、识别纸币水印真伪等方面已经是大有作为。该发明的整个系统重量不到5磅，仅有公文包大小，但是它将在国家安全检查、生物药学成像以及工业元件的非破坏性检测等应用方面前途无量。
瑞瑟拉理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）物理学博士生斯考金，是第一位获得3万美元蒙而森-瑞瑟拉奖学金的学生。该奖学金通常是颁发给该学院的高年级学生或研究生，用来奖励他们对生产工艺过程的提高、或对技术新型的运用与发明。
“发明创造是推动全球经济，提高生活质量的珍贵火花。蒙而森-瑞瑟拉奖学金的设立就是为了鼓励和启发有识之士能充分发挥想象力，突破局限、发明创造。”瑞瑟拉理工学院校长雪莉安?杰克森（Shirley Ann Jackson.）说到，“从斯考金身上，充分体现了创造、革新和卓越的精神。我们庆祝他的独创与贡献。我们欢迎所有的学生都能积极参与这项竞争，并鼓励所有的学生都能在开拓进取的过程中不断努力。”
感应与成像技术的下一波
太赫兹波是基于电磁光谱中的太赫兹区域，其频率为0.1到10太赫兹，界于远红外波与微波之间。斯考金说，“太赫兹波是所有电磁光谱中留给科学家最后一扇可供探索的窗户。”他还补充到，太赫兹波对于探测物质的内部构成缺憾十分有用，它不需要破坏物体本身，也不需要专门移动物体，所以在这一点上，比其他技术更加优越。它可以穿透干燥、非金属材料，其分辨率比微波辐射更高。与X光相比，它对人体不构成辐射危害。和超声波相比，它根本可以不接触物体表面，便可实现成像。
除此以外，太赫兹波还可以对材料的合成结构方面提供重要的波谱信息，这对于化学物质和生物学物质的鉴别十分有用。在科学家对太赫兹研究的近20年中，其中最大的一个障碍就是太赫兹装置的体积过大、重量太大。斯考金说，“常规的系统体积都很笨重、硕大，而且无法携带，并且需要高能激光，这势必十分昂贵。”但是“微型Z”的体积仅有一个手提电脑般大小，也不需要任何外围设备。“所以，我们第一次展出‘微型Z’的时候，许多人都问‘其他部分在哪儿’。”斯考金谈到。
该发明提供实时数据，用户无须等待，并且设计人性化，操作简单。“简单到只需打开电源—你所要做的就是打开盒子，布置好，再打开电源。” 斯考金补充到，“我心中的‘微型Z’就是将来全球所有的办公室或实验室中都应该有的标准设备。”
应用范围广泛
斯考金的技术正在申请专利，完全可以进一步用于商业开发。目前已经有几家公司对“微型Z”十分看好，打算将其商业化。其潜在用途数不胜数：对飞机中碳纤维合成完整性的评估，对肿瘤结构的安全无辐射成像，机场海关的安检探测，远距离辨别雷区，对密闭信封内生物体的识别等等。
分析航天飞船外部所喷涂的泡沫隔热层是太赫兹成像的理想用途。斯考金谈到，美国航空航天局（NASA）数据，2005年7月，STS-114宇航任务中，图像分析曾显示发现号宇航飞船外部橘黄色，15层楼高的燃料箱外壁有一块泡沫遗失。燃料箱的铝外壳上覆盖有一层1英寸厚的类似聚亚安酯的泡沫，以用来隔绝推进剂，防止外部结冰和飞行过程中的高温。
针对NASA马歇尔空间飞行中心（Marshall Space Flight Center）所提供的泡沫样品，加上由燃料箱制造商洛克希德马丁空间系统（Lockheed Martin Space Systems）所提供的燃料箱，斯考金和他的同事们进行了大量的实验。为了证明太赫兹的有效成像能力，他们专门在泡沫中隐藏了许多裂缝和缺陷，然后使用太赫兹光对其进行鉴别。在一次实验中，散见在样品各处所有的8个不同大小、不同形状人为的裂缝和缺陷全部都被成功鉴别。
NASA外部箱体项目办公室（External Tank Project Office）正在对“微型Z”的原型设计进行评估。他们也正在寻求能够补充或替换现在所使用的非破坏性物质鉴别手段。斯考金的方法将和其它同时提交的方法一决雌雄。NASA将决定哪一种方法更加适用于“空间鉴定”。到时，该技术将在制造和检测方面长期与NASA成为合作伙伴。
科研舞台上的闪闪明星
“斯考金不仅理论基础扎实，而且实践动手能力超强，”瑞瑟拉理工工程学院院长阿兰?克冉伯评价到，“他的创造精神和思想火花对我们都是一种启迪。能参与雷蒙而森—麻省理工大合作项目（Lemelson-MIT Program），并从中认识像斯考金这样的学生，我们是很幸运的。”
斯考金师从张希成（Xi-Cheng Zhang）。张教授是瑞瑟拉理工学院太赫兹研究中心主任，并位列J. Erik Jonsson 22位杰出教授之中。“斯考金创新性的方法整合了材料学、光学、电子学的技术，所以其设计的太赫兹系统，体积上大大的缩小了，但功能上却是增强了。”张教授 ..

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